Tranzistoru elektroniskais slēdzis - darbības princips un shēma

Impulsu ierīcēs bieži var atrast tranzistoru slēdžus. Tranzistoru slēdži ir atrodami flip-flops, slēdžus, multivibratorus, bloķējošos ģeneratorus un citas elektroniskās shēmas. Katrā shēmā savu funkciju pilda tranzistora slēdzis, un atkarībā no tranzistora darbības režīma slēdža ķēde kopumā var mainīties, bet tranzistora slēdža pamata shematiskā shēma ir šāda:

Ir vairāki tranzistora slēdža darbības pamatrežīmi: parastais aktīvais režīms, piesātinājuma režīms, izslēgšanas režīms un aktīvais reversais režīms. Lai gan tranzistora slēdža ķēde būtībā ir parasta emitera tranzistora pastiprinātāja ķēde, šī ķēde pēc funkcijas un režīma atšķiras no tipiska pastiprinātāja.

Galvenajā lietojumprogrammā tranzistors kalpo kā ātrs slēdzis, un galvenie statiskie stāvokļi ir divi: tranzistors ir izslēgts un tranzistors ir ieslēgts. Fiksēts stāvoklis — atvērts stāvoklis, kad tranzistors ir izslēgšanas režīmā.Slēgts stāvoklis - tranzistora piesātinājuma stāvoklis vai stāvoklis tuvu piesātinājumam, kurā tranzistors ir atvērts. Kad tranzistors pārslēdzas no viena stāvokļa uz otru, tas ir aktīvs režīms, kurā procesi kaskādē ir nelineāri.

Statiskie stāvokļi tiek aprakstīti saskaņā ar tranzistora statiskajiem raksturlielumiem. Ir divi raksturlielumi: izejas saime — kolektora strāvas atkarība no kolektora-emitera sprieguma un ieejas saime — bāzes strāvas atkarība no bāzes emitētāja sprieguma.

Nogriešanas režīmu raksturo divu tranzistora pn savienojumu nobīde pretējā virzienā, un ir dziļa nogriešana un sekla nogriešana. Dziļš sabrukums ir tad, kad spriegums, kas tiek pielikts krustojumiem, ir 3-5 reizes lielāks par slieksni un tam ir pretēja polaritāte darbības polaritātei. Šajā stāvoklī tranzistors ir atvērts, un strāvas pie tā elektrodiem ir ārkārtīgi mazas.

Seklā pārrāvumā vienam no elektrodiem pievadītais spriegums ir mazāks un elektrodu strāvas lielākas nekā dziļā pārrāvumā, kā rezultātā strāvas jau ir atkarīgas no pielietotā sprieguma atbilstoši izejas raksturlīknes apakšējai līknei. , šo līkni sauc par "ierobežojošo raksturlielumu" ...

Piemēram, mēs veiksim vienkāršotu aprēķinu tranzistora atslēgas režīmam, kas darbosies ar pretestības slodzi. Tranzistors ilgu laiku paliks tikai vienā no diviem pamata stāvokļiem: pilnībā atvērts (piesātinājums) vai pilnībā aizvērts (nogrieznis).

Lai tranzistora slodze ir releja SRD-12VDC-SL-C spole, kuras spoles pretestība pie nominālā 12 V būs 400 omi.Mēs ignorējam releja spoles induktīvo raksturu, ļaujam izstrādātājiem nodrošināt trokšņa slāpētāju, lai aizsargātu pret īslaicīgām emisijām, bet mēs aprēķināsim, pamatojoties uz to, ka releji ieslēgsies vienu reizi un ļoti ilgu laiku. Mēs atrodam kolektora strāvu pēc formulas:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Kur: Ik — kolektora līdzstrāva; Usup — barošanas spriegums (12 volti); Ukenas — bipolārā tranzistora piesātinājuma spriegums (0,5 volti); Rn — slodzes pretestība (400 Ohm).

Mēs iegūstam Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.

Uzticības labad ņemsim tranzistoru ar robežu ierobežojošajai strāvai un ierobežojošajam spriegumam. Derēs BD139 SOT-32 iepakojumā. Šim tranzistoram ir parametri Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Būs laba rezerve.

Lai nodrošinātu kolektora strāvu 28,7 mA, ir jānodrošina piemērota bāzes strāva.Bāzes strāvu nosaka pēc formulas: Ib = Ik / h21e, kur h21e ir statiskās strāvas pārneses koeficients.

Mūsdienu multimetri ļauj izmērīt šo parametru, un mūsu gadījumā tas bija 50. Tātad Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Ja koeficienta h21e vērtība nav zināma, uzticamības labad varat ņemt minimumu no šī tranzistora dokumentācijas.

Lai noteiktu nepieciešamo bāzes rezistora vērtību. Galvenā emitētāja piesātinājuma spriegums ir 1 volts. Tas nozīmē, ka, ja vadību veic ar signālu no loģiskās mikroshēmas izejas, kuras spriegums ir 5 V, tad, lai nodrošinātu nepieciešamo bāzes strāvu 574 μA, ar kritumu pie 1 V pārejas, mēs iegūstam. :

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0,000574 = 6968 omi

Izvēlēsimies standarta sērijas 6,8 kOhm rezistora mazāko pusi (lai strāva būtu pilnībā pietiekama).

BET, lai tranzistors pārslēgtos ātrāk un darbība būtu uzticama, mēs izmantosim papildu rezistoru R2 starp bāzi un emitētāju, un uz tā nokritīs jauda, ​​kas nozīmē, ka ir jāsamazina tranzistoru pretestība. rezistors R1. Ņemsim R2 = 6,8 kΩ un noregulējiet R1 vērtību:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (caur rezistoru R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 = (5-1) / (0,000574 + 1/6800) = 5547 omi.

Pieņemsim, ka R1 = 5,1 kΩ un R2 = 6,8 kΩ.

Aprēķināsim slēdžu zudumus: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistoram nav nepieciešams radiators.